双轨并行 敏捷迭代——网御星云构筑量子时代密码安全新基座

随着量子计算技术的飞速发展，其强大的并行计算能力对当前广泛应用的公钥密码体制构成根本性威胁。以量子分解算法（Shor）为例，理论上它能在多项式时间内破解大整数分解和离散对数问题，将直接导致非对称加密算法（RSA）、椭圆曲线加密算法（ECC）等加密算法的失效。因此，迁移至抗量子密码体系成为网络安全的必然路径。

在此背景下，基于物理学原理的量子密钥分发（QKD）与基于数学困难问题的后量子密码学（PQC）作为两条并行的技术路线，各自展现出独特优势与适用场景。

其中，QKD凭借物理层面的安全性，为最高安全等级的“点对点”通信提供了终极保障；PQC则以其灵活性和普适性，为海量的存量系统和多样化应用场景提供了升级演进的阶梯。

路径一：量子密钥分发（QKD）—— 物理定律保障的安全性

QKD的安全性基于量子力学的基本物理原理，如海森堡不确定性原理和量子不可克隆定理。任何对量子信道的窃听行为都会干扰量子态，从而被通信双方所察觉，使QKD在原理上实现密钥分发的“绝对安全”或“可证明安全”。

路径二：后量子密码学（PQC）—— 算法演进与迭代

PQC致力于开发可运行于经典计算机，同时抵御经典计算机和量子计算机攻击的新型数学算法。其优势在于升级软件即可部署，兼容性强，成本效益高。目前，美国国家标准与技术研究院（NIST）的PQC标准化进程是全球业界的风向标。我国国家密码管理局也在积极推进国内的PQC算法征集与标准化工作。

网御星云通过在QKD和PQC两个方向的并行投入与创新实践，探索出一条从理论到实践的可行迁移路径。

一、QKD与VPN深度融合，实现密钥供给与业务应用协同

QKD的核心价值在于生成并分发高安全性的对称密钥，但其本身不承担数据传输加密。网御星云将QKD与成熟的网络安全协议（如VPN）相结合，形成QKD-VPN融合方案。该方案既发挥QKD的物理安全优势，又充分利用VPN协议栈的成熟生态，创新解决密钥安全与应用兼容的协同问题。

• 密钥交换阶段增强：在传统IPSec VPN通信中，通信双方通过互联网密钥交换协议（IKE）协商生成会话密钥。而在QKD-VPN方案中，QKD网络生成的量子密钥被用作一个高熵、物理安全的“预共享密钥（PSK）”。

• 注入IKE协议：将量子密钥安全注入到VPN网关的IKEv2协议中，作为后续所有会话密钥派生的核心熵源，从根本上取代依赖于公钥算法的密钥协商过程，彻底免疫针对密钥交换环节的量子计算攻击。

• 数据加密：业务数据流仍然由高性能的对称加密算法（如SM4）在ESP协议中进行加密，而加密所用的会话密钥源自于QKD提供的安全密钥。

二、安全产品集成PQC算法，实现平滑升级

网御星云积极集成NIST PQC标准，推动安全产品体系平滑升级，为用户提供兼具前瞻性与经济性的抗量子安全过渡方案。

1.密钥封装机制（KEM）：FIPS-203 CRYSTALS-Kyber

• 技术原理：Kyber是一种基于格理论中“带误差学习问题”（LWE）的密钥封装机制。

• 应用场景：在VPN、TLS等安全通信协议中，使用Kyber替代传统的RSA或ECDH进行密钥协商，同时结合商用密码算法（如SM4）进行实际数据加密，构成“抗量子密钥协商 + 传统数据加密”的混合密码方案。

2.数字签名算法：FIPS-204 CRYSTALS-Dilithium

• 技术原理：Dilithium同样基于格理论，其安全性依赖于“模格上短整数解问题”的困难性。

• 应用场景：应用于签名验签服务器，对关键数据、电子合同、固件更新包等进行数字签名，确保数据来源的真实性、完整性和不可否认性，且签名在未来量子计算机面前依然有效；在密码服务平台中，以平台底层的核心算法能力，向各类上层应用提供抗量子的身份认证、数据完整性保护和可信时间戳等服务。

将QKD与PQC的理论优势转化为实际生产力，是衡量技术成熟度的关键。目前，网御星云相关产品在金融、电信等国家关键信息基础设施领域已具备落地条件。

在金融领域，两地三中心（如同城双活数据中心和异地灾备中心）之间存在大量高价值金融交易数据、清算数据和灾备数据的实时同步需求。这些数据不仅要求传输过程中的机密性，更要求其具备“长期安全性”——即便当前被截获，未来数十年内仍无法破解。

因此，通过部署QKD-VPN网络，为数据中心间主干链路建立物理安全的加密通道；同时在交易审批与归档环节，采用基于Dilithium算法的PQC签名方案，对交易记录进行数字签名存证，确保金融数据的长期完整性和不可抵赖性。

在电信领域，5G核心网的网元之间、运营商与合作伙伴之间存在大量的信令交互和网络管理操作。这些控制平面的流量一旦被篡改或窃听，将严重威胁整个通信网络的稳定与安全。

因此，在核心网管理平面或跨域连接（如SD-WAN）中，采用支持Kyber算法的VPN或TLS协议，实现控制信令的抗量子加密。对于网络设备（如基站、路由器）的固件下发和软件升级，则采用Dilithium签名进行校验，防止恶意固件注入，保障电信基础设施的供应链安全。

随着我国自有PQC标准的逐步确立，密码体系的“敏捷性”日益关键。网御星云将持续投入研发，确保产品与服务能够快速适配国家标准，以“双轨并行、敏捷迭代”的策略，为我国关键信息基础设施构筑起面向量子时代、坚不可摧的密码安全新基座。